新型制冷剂——HFO-1234ze和HFO-1234yf

作为制冷剂,HFC-134a的淘汰已经进入了倒计时,四氟丙烯HFO-1234ze和HFO-1234yf作为其替代品已经脱颖而出。介绍了HFO-1234ze和HFO-1234yf的物理性能、制冷效率、可燃性、换热性质、互溶性、材料相溶性、用途以及合成研究进展。     

HFO-1234ze(E)在不同湿度下燃烧极限实验研究

对HFO-1234ze(E)在不同湿度下的燃烧极限进行了实验研究,结果表明:HFO-1234ze(E)在20%RH以下空气中不可燃,在40%RH及以上空气中为可燃,且燃烧范围随着湿度增加而增加。     

新型制冷工质HFO-1234ze(E)蒸气压方程

为了更完善地认识新型制冷剂HFO-1234ze(E)的热物性,在公开发表的HFO-1234ze(E)饱和蒸气压实验数据的基础上,通过仔细分析各个实验数据的精确程度,筛选出一套由118组数据点组成的综合数据,经过拟合得到一系列蒸气压方程,对比各个方程对拟合数据的绝对偏差和相对偏差,得到一个适用范围较宽(232.990—380.002 K)且精度良好的四项Wanger型HFO-1234ze(E)蒸气压专用方程。该方程对拟合数据的平均相对偏差为-0.02%。同时,通过新方程计算得到HFO-1234ze(E)的正常沸点以及偏心因子,可以供物性计算和工程运用,具有较高的实际应用价值。     

R1234ze(Z)蒸气压方程

为了对第4代新型制冷剂R1234ze(Z)的热物性有更多认识,文中在公开发表的文献中,搜集了关于R1234ze(Z)的饱和蒸气压实验数据。对每组数据精度进行分析后,筛选得到140组实验数据。经过非线性拟合,获得了R1234ze(Z)的4项Wagner型蒸气压专用方程。该方程适用温度区间为283—413 K,压力区间为12—2 950 kPa。将拟合数据与该方程进行对比,其压力绝对偏差大部分在±2 kPa,相对偏差分布于±1%范围,平均绝对偏差为0.193%。对比文献数据与该方程,其压力相对偏差范围为-1%—2%,最大相对偏差为1.827%,平均绝对偏差为0.282%。因此,新方程对各组实验数据点都有很好的拟合度。根据此方程,计算得到R1234ze(Z)的标准沸点为284.751 K,偏心因子为0.325,可供物理性质的计算和工程实践的应用。     

新型低GWP制冷剂HFO-1336mzz(E)的制备及应用研究进展

随着全球变暖问题日益突出,保护臭氧层、减少温室气体排放成为人们的共识.在一系列国际法规与政策的推动下,开发新型环保制冷剂成为行业的研究热点.其中,HFOs类化合物受到了世界各国专家学者的广泛关注.HFO-1336mzz(E)作为HFOs类制冷剂的典型代表,具有较好的热物性、无毒不可燃,对环境友好(ODP为0,GWP为7...     

HFO-1336mzz(Z)环保制冷工质的PC-SAFT状态方程研究

以新型环保制冷工质HFO-1336mzz(Z)作为研究对象,采用链扰动统计缔合流体理论(PC-SAFT)状态方程,通过关联文献中的PVT数据,回归得到了HFO-1336mzz(Z)制冷工质的PC-SAFT状态方程参数。在此基础上,使用MATLAB软件编制了工质的PC-SAFT状态方程计算程序,得到了较为全面的HFO-1336mzz(Z)PVT数据。研究结果表明:PC-SAFT方程关联得到的饱和蒸汽压及饱和液体密度与文献值的平均相对偏差分别为0.40%和0.92%;同时,方程预测得到的压力及密度与文献值的平均相对偏差在超临界区分别为0.96%和1.35%,在液相区偏差分别为1.06%和1.67%。     

R1234ze(E)制冷剂PC-SAFT状态方程

R1234ze(E)属于氢氟烯烃类（HFOs）物质,是一种新型替代制冷工质。为了更加精确地描述其热力学性质,以PC-SAFT状态方程为基础,利用文献公开报道的R1234ze(E)的饱和液相密度及饱和蒸气压测量数据,拟合获取到PC-SAFT状态方程的3个参数。基于MATLAB软件,实现了利用PC-SAFT状态方程计算工质的热力学性质。研究结果表明：与CPA状态方程相比,PC-SAFT状态方程在计算饱和气相密度时偏差有所增大,但是在计算饱和液体密度和单相液体密度时的精度显著提升。     

环保制冷剂R1234ze(E)蒸气压方程

为了更完善地认识第四代新型制冷剂R1234ze(E)的热物理性质,并将其应用于工程实践,文中对相关文献中的有关R1234ze(E)的饱和蒸气压实验数据进行了定量分析。通过定量分析每组数据的精度,筛选得到192组数据点组成的综合数据,经过非线性拟合,获得了R1234ze(E)的4项Wagner型蒸气压专用方程。该方程适用温度区间为223—380 K。对比拟合数据与该方程,其压力绝对偏差大部分在±2 kPa,相对偏差分布于±0.3%,平均绝对偏差为0.041%。将文献数据与该方程进行对比,其压力相对偏差大部分分布在-2.5%—0.5%,绝对偏差范围为-2.5—2 kPa。因此,新方程对各组实验数据点都有很好的拟合度,可供热物理性质的计算及工程实践应用,具有良好的工程实际应用价值。     

Research progress of low GWP working fluid HFO-1234ze(Z) for high temperature heat pumps

High temperature heat pump can effectively recover industrial waste heat to achieve the purpose of energy saving,emission reduction and environmental protection. At present, novel working fluids for the high temperature heat pumps are studied to replace CFC-114 and HFC-245fa. The alternative working fluid should have low global warming potential (GWP) and good working performance. The eco-friendly working fluid HFO-1234ze(Z), whose GWP < 1 and critical temperature above 423 K, is considered as a potential heat pump replacement working fluid. This paper summarizes the research of HFO-1234ze(Z) including the synthesis technology, thermophysical properties, transport properties, and heat transfer performance. The feasibility of application of HFO-1234ze(Z) in high temperature heat pump system is analyzed. It is considered that HFO-1234ze(Z) has good performance and development prospect in high temperature heat pump.     

新型制冷剂R1234ze(E)水平圆管内流动沸腾换热特性

新型制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)因较低的GWP值备受制冷行业关注,有望替代R134a。在内径为8mm水平圆管内对R1234ze(E)流动沸腾换热特性进行实验研究,并在相应实验工况下与R134a进行对比。本研究的实验工况:流动沸腾换热的饱和温度为10℃±0.5℃,热通量为5.0和10kW·m^-2,质流密度范围为300~500kg·m^-2·s^-1。分析质流密度、热通量以及干度对R1234ze(E)和R134a饱和流动沸腾传热系数的影响。结果表明,R1234ze(E)和R134a的流动沸腾传热系数随质流密度和热通量的增大而增大;在低质流密度300kg·m^-2·s^-1工况下,R1234ze(E)传热系数较R134a偏低14.68%左右,但随质流密度增大到500kg·m^-2·s^-1,其偏差缩小为7.35%。最后将实验结果同4种常见预估关联式进行比较,结果表明Kandlikar关联式计算结果较优,全工况范围内Kandlikar关联式对R1234ze(E)和R134a的预估值与90%的实验数据偏差在±25%以内,平均偏差分别为23.13%和11.50%,满足工程设计要求。     

R1234ze(E)在泡沫金属管内的流动沸腾换热和压降特性

泡沫金属具有超大比表面积和高热导率,将其填充于换热管内可用于制冷空调系统的强化传热。研究了R1234ze(E) 在泡沫金属管内的流动沸腾换热和压降特性。实验工况为：干度0.1~0.9,质流密度90~180 kg·m^-2?s^-1,热通量12.4~18.6 kW·m^-2。测试样件为泡沫铜填充管,孔密度为10~40 PPI、孔隙率为90%~95%。实验结果表明,R1234ze(E) 比R410A的传热系数低2%~10%,两相压降低30%~42%;当干度大于0.8时,低质流密度下泡沫金属管内传热系数随干度的增加增幅更大;泡沫金属在强化流动沸腾换热的同时,造成压降显著增加,换热影响因子的范围为1.23~2.90,压降影响因子的范围为6~45。开发了适用于R1234ze(E) 的泡沫金属管内流动沸腾换热和压降关联式,传热系数和两相压降的预测值与95%的实验值误差分别在±15%和±25%以内。     

R1234yf+CO2和R1234ze (E)+CO2二元混合物的比容平移Soave-Redlich-Kwong方程

采用温度相关比容平移项的比容平移Soave-Redlich-Kwong（VTSRK）方程计算新工质R1234yf和R1234ze（E）的热力学性质以及两种物质与CO₂的二元混合物性质,混合物计算采用van der Waals混合规则,二元交互作用系数由密度数据拟合得到。对纯净物计算与专用状态方程进行对比,VTSRK方程比SRK方程显著改善了液相密度表征效果。对混合物的密度计算结果与实验数据进行对比,对于R1234yf+CO₂二元混合体系方程与实验数据相对均方根偏差为1.17%,对于R1234ze（E）+CO₂二元混合体系相对均方根偏差为0.82%。结果显示,采用温度相关比容平移项的VTSRK方程应用于R1234yf和R1234ze（E）纯流体以及R1234yf+CO₂和R1234ze（E）+CO₂密度性质计算,可获得较高精度。     

内回热器对低温有机朗肯循环热力性能的影响及工质选择

目前对有机朗肯循环(ORC)有无内回热器的对比研究主要集中在循环热力性能随初参数变化的对比,但很少考虑吸热量对两个系统热力性能的影响。本文以烟气余热为热源,构建无回热和带有内回热的ORC系统,选用10种干工质,通过热源参数变化引起工质吸热量的变化,分析工质分别在两种系统中的初温、净功量、热耗率及(火用)损的变化规律,得出了较优工质和各工质对内回热器的匹配性。结果表明:当热源温度为150℃、排烟温度在70~90℃间引起的工质吸热量变化时,在窄点温差为10℃下,带有内回热器的ORC系统更适用于吸热量较低的区间;当吸热量较高时,内回热器对系统热力性能提升的能力降低,甚至低于无回热的ORC系统;经综合比较,工质R236ea和R600a最优,工质R245fa和R600为较适合工质;以R123为工质的带有内回热器和无回热的ORC系统热力性能差异较小,热耗率最大差值仅为约600kJ/kg,净功量最大差值也仅为约2kW,因此,R123对内回热器的热匹配性相对较差。     

R1233zd（E）高温热泵用卧式冷凝器的换热动态模拟

建立了一种R1233zd（E）卧式冷凝器的动态仿真模型,其相比于稳态模型在预测系统运行特性方面具有明显优势。详细介绍了建模所用控制方程、离散方法、运算逻辑等,模型可以计算出冷凝器在每一时间步长下,每一个控制体内制冷剂、管壁、冷却水的状态参数。由于模型涵盖了换热管的几何参数,因此改变几何参数可以模拟采用不同换热管结构对冷凝器性能的影响,比较了采用不同齿距的换热管对换热器内部相区分布、换热量、出水温度的影响。模拟结果得出,采用齿距为1.3 mm的低肋管时,出水温度较光管提升1.5℃以上,达到稳定输出的时间提前1 min以上,换热量提升2.3倍。R1233zd（E）作为新型环保工质,缺乏相关的热泵模型研究,因此搭建该冷凝器模型是完成R1233zd（E）高温热泵模型的重要基础。     

水工质热泵多种循环的理论研究与性能对比

水工质安全、稳定、无毒、不易燃,是一种优秀的高温热泵用制冷工质。为了研究水蒸气热泵系统循环性能,设计了3种具有不同循环方式和辅助设备的水蒸气热泵系统,分别是单级压缩喷水系统、单级压缩带喷射器系统和两级压缩带中间换热器系统。并进行了理论建模与分析,理论分析与对比结果表明两级压缩系统在排气过热度、制热量、系统功耗和COP等方面均具有最优的性能。单级喷水系统比常规循环系统具有更好的性能,尤其是能有效降低排气过热度。在80℃蒸发、140℃冷凝时,常规系统的COP为3.01,而单级喷水系统和两级换热系统的COP分别为3.15和4.07,相比较于常规系统分别提升了4.7%和35.2%。而单级带喷射器系统在大温升工况下比常规循环系统有更优的COP。     

垂直管内高沸点工质异丙苯流动沸腾换热与阻力

对垂直管内高沸点有机工质异丙苯的流动沸腾换热与摩擦压降特性进行了实验研究,获得了换热系数与摩擦压降沿流动方向的变化情况,并与前人模型的计算值进行了比较。实验过程中质量流速为382—786 kg/(m2.s),实验工况干度为0.1—0.6,压力为0.21—0.27 MPa。通过对实验数据的回归分析,获得了换热系数与摩擦压降的计算关联式。在对复杂的非线性方程进行回归分析时,提出了一种简单的迭代分析方法。研究结果丰富了高沸点工质的流动沸腾换热数据,为石化行业中换热器的设计提供了依据,并为强化凝结换热器的开发和性能测试提供了比较基准。     

一种衣物空气低温烘干循环系统的设计及分析

基于机械热泵除湿原理,同时结合洗衣机衣物烘干温度的要求,设计出一种衣物空气低温烘干循环系统。借助EES软件对该系统建立系统模型,通过理论模拟分析研究其热力学性能,并对影响其热力性能的关键操作参量影响进行分析。研究结果表明,在保证冷凝量均为1.02 kg/h的情况下,该设计系统的单位能耗除湿速率（moisture extraction rate,MER）为0.5018 kW?h/kg,较常规电加热热风烘干系统降低了16.5%;COP为0.79,较常规烘干系统提高了16.5%。此外,相比较常规电加热热风烘干系统方案烘干温度90 ℃,该方案设计的滚筒操作温度仅为57.68 ℃,有效地拓展了可烘干衣物的范围。     

基于余热回收的燃气热泵系统高温制热特性

燃气热泵(GHP)是一种先进的低碳节能清洁供暖技术。针对当前GHP技术研究中普遍使用的R134a冷媒制热环境温度下限偏高及活塞式压缩机能效偏低等局限,本文创新性地搭建了基于使用R410A冷媒涡旋式压缩机的高能效GHP实验平台,在实验台上进行了不同出水温度(t_w,out)、发动机转速(N_eng)、进水流量(G_w)及是否余热回收下的高温制热特性研究,得到了制热量(Q_h)、耗气功率(P_gas)、压机功率(P_comp)、一次能源利用率(PER)及性能系数(COP)的变化规律,并对关键性能参数进行了误差分析。结果表明,t_w,out由41℃增至50℃时,Q_h、PER和COP分别减小了3.12%、13.17%和18.92%,PER下降的幅度明显小于COP;N_eng从1200r/min增至1800r/min时,在50℃出水下Q_h、P_gas与P_comp